چرا یک دای برای چند پلیمر مختلف نمی تواند استفاده شود؟
بسپار/ ایران پلیمر خصوصیات جریانی یا شارشی (flow) بسپارهای مختلف به طور قابل توجهی متفاوت است. بنابراین با اینکه ویژگیهای قابل تنظیم در دسترس هستند، ریژه های (دای های) اکثر قطعات میبایست برای یک بسپار خاص طراحی شوند.
هر ریژه رانشگری (اکستروژن) میتواند شکل خاصی را تنها با محدوده نسبتا باریکی از بسپارها تولید کند. این به این دلیل است که بسپارها رفتار غیرنیوتنی و مشخصات روان شوندگی گرانروی (viscosity-thinning) با افزایش آهنگ برشی دارند.
حساسیت به برش به شدت به جرم مولکولی و توزیع جرم مولکولی بستگی دارد و به طور گسترده ای بین بسپارهای مختلف و همچنین بین انواع مختلف خانواده ی یک بسپار متفاوت است. برای جبران تغییرات شارش ناشی از روان شوندگی برشی در مواد مختلف، بسیاری از ریژه ها با ویژگیهای قابل تنظیم ساخته شدهاند.
برای نشان دادن این نکته، یک نمونه از محاسبات شارش برای قالبگیری یک نبشی ساده ساخته شده از سه بسپار مختلف، تغییر در پروفیل در هر بسپار و چندمنظوره نبودن ریژه را نشان داد.
اگر پروفیل پلی اتیلن کمچگالی (LDPE) با شاخص مذاب (MI) 2 با 100 پوند بر ساعت رانشگری شود، سرعت خطی آن حدود 22 فوت بر دقیقه خواهد بود. فرض بر این است که ابعاد اصلی داخلی پروفیل ریژه می تواند به درستی برای تولید شکل مورد نظر با LDPE با MI 2 طراحی شود، آیا این ریژه برای همگن بسپار (homopolymer) پلی پروپیلن (PP) با شاخص شارش مذاب (MFI) 5 یا برای پلی اتیلن ترفتالات (PET) با گرانروی ذاتی (IV) 76/0 مناسب است؟
برای جبران اختلاف چگالی و بنابراین روشن شدن تجزیه و تحلیل، آهنگهای شارش PP و PET برای داشتن همان برونداد حجمی تنظیم شدند. اگر دو ساق (legs) پروفیل به عنوان مستطیلهای جداگانه برای تجزیه و تحلیل شارش درنظر گرفته شوند، تفاوت سرعت در ساقها بین LDPE با MI 2، PP با MFI 5 و PET با IV 76/0 نتایجی همچون تصویر شکل 1 نشان میدهد.
طبق ضرایب قانون توانی (power-law)، LDPE و PP روند روان شوندگی برشی مشابهی دارند، بنابراین اگرچه گرانروی PP باMFI 5 حدود دو سوم LDPE با MFI 2 است، شارش نسبتا متعادل باقی میماند. ضرایب قانون توانی، شاخصی از چگونگی تغییر گرانروی بسپار با برش است. آهنگ شارش در ساق عمودی پروفیل گوشه در حدود 18 درصد بیشتر از ساق افقی است و درنتیجه قطعه از شکل میافتد.
در مورد PET با IV 76/0 که گرانروی آن حدود دو سوم بیشتر از LDPE است، وضعیت برعکس میباشد. حساسیت برشی کاهش یافته در PET حدود 80 درصد شارش بیشتر در ساق افقی ایجاد میکند و تعادل شکل پروفایل را کاملا از بین میبرد. اختلاف در شارش به علت اختلاف در آهنگ برشی در ساقها ایجاد میشود و ضخامت ساق عمودی نصف ساق افقی میشود.
با سرعت خطی یکسان در هر دو ساق، آهنگ برشی به علت تفاوت در ضخامت بین ساق افقی و عمودی نامتعادل است. آهنگ برشی به صورت نمایی با پهنای ساقها تغییر میکند و گرانروی به صورت لگاریتمی با آهنگ برشی تغییر میکند، در نتیجه بدون استفاده از اطلاعات شارششناسی و محاسبات شارش، پیش بینی تغییرات شارش بسیار دشوار است.
ضرایب قانون توانی بسپارها، معیاری از میزان تغییر گرانروی بسپارها با آهنگ برشی است، اما بسیار متداول است که برای اهداف محاسباتی مورد استفاده قرار گیرد و حتی در همان نوع بسپار تغییر میکنند. PP تحت برش روانتر از LDPE میشود، حتی بیشتر از آنچه ضرایب قانون توانی نشان میدهند. این احتمالا به دلیل جرم مولکولی کمتر است که MI بیشتر را نشان میدهد.
PET تغییر زیادی در شارش بین دو ساق دارد که بازتابی از تفاوت در ضرایب قانون توانی است، هرچند هنوز به خوبی خارج از آنچه که میتواند برای اهداف محاسباتی استفاده شود، است. این تجزیه و تحلیل نشان میدهد که مقادیر ضریب قانون توانی، تفاوتهای واقعی مشاهده شده در شارش ریژه را برای هر بسپار بازتاب نمیکنند، اما هنوز هم یک شاخص کلی برای تغییرات شارش احتمالی است. در نتیجه، دادههای شارش شناسی برای تعیین میزان حساسیت برشی بسپار که بر عملکرد شارش درون ریژه تاثیر میگذارد، ضروری است.
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 191ام ماهنامه بسپار که در نیمه مردادماه منتشر شده است بخوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد .تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.
